當心你的化學試劑，科學家提醒試劑混淆誤導研究

來源 | 中國科學報 編輯 | 化學加

導讀

化學試劑經常含有合成的副產物，或是試劑降解形成雜質。「有時，你有了正確的化合物，但它只是不純的化合物。」

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瑞士諾華製藥化工庫擁有約300萬種分子。 圖片來源：Novartis AG

Stefan Knapp的研究結果讓他感覺自己像在坐翻滾過山車。德國法蘭克福大學藥劑學家Knapp和同事鑒別出一種使腫瘤生長的重要蛋白。他們還發現了一種可以限制該蛋白的類似藥物的分子。他們購買了更多的化合物做進一步實驗，但這一次結果並不理想。隨後，他們從另一家供應商處買了同樣的藥物，但實驗結果甚至比第一次還要好。

結果表明，出現問題的分子是對映體——彼此之間成鏡面效應但性質卻不同的化學結構，如左手和右手的手套。Knapp發現，供應商銷售的兩種化合物中所包含的對映物比例不同，在該團隊的文章中，僅有左手性的對映體是有效的。（具有諷刺意味的是，右手性的版本是肺癌藥物克里唑蒂尼的有效形式，它會以不同機制發揮作用）

奧地利維也納分子醫學研究中心系統生物學家、該研究領導人之一Guilio Superti-Furga說，該團隊的驗證工作說明了化學試劑可能是阻礙生物學實驗的諸多途徑之一。在一些情況下，科學家並不知曉他們手中有什麼樣的化學物質。而在另一些情況下，分子效應比實驗認為的更加籠統。「這兩個問題加在一起就會降低利用化學物質探索生物學的精彩的潛在影響。」Superti-Furga說。

美國加州斯克里普斯研究所免疫學家和化學家Kim Janda用更直白的語言描述了這個問題：「如果你不注意化學，那麼化學就會咬傷你！」

化學的「咬痕」

在細胞生物學的所有領域，研究人員都需要依賴化學試劑。其中一個用處是將其作為解剖一個蛋白質功能的工具化合物或化學探針。例如，與用遺傳技術抑制一種專效酶相比，用小分子限制一個具體的酶會提供蛋白質生物學更加精細的線索。在化工庫里有時也會收集一些化合物，它們在那裡被大規模檢查，以期發現有用的試劑和藥物。

實際上，評估研究人員購買的化學物質的質量並不容易。試劑經常含有合成的副產物，或是試劑降解形成雜質。馬薩諸塞州布羅德研究所帶領高通量檢測組的化學專家Josh Bittker和團隊收集了一個已經在臨床試驗中被測試過的化合物庫，他們發現了這種化學污染存在的程度有多高。

讓他們吃驚的是，在該團隊驗證的8584個分子中，有近29%的分子沒能通過質量控制。在一些批次的試劑中，雜質含有量達到15%甚至更高。通常，來自同一個供應商的另一個製造批次的材料會通過審核，尤其當提供的是乾粉末而非溶液時（這種形式更方便用於實驗但卻容易分解）。

問題可能更加嚴重。Bittker的檢測通過分子重量評估了化合物，因此並未檢查樣本是否含有多種同分異構體——擁有同樣化學成分但不同原子序列的分子。

複雜的結構

分子化學家可能會說，藥物大小的分子可能存在的結構比宇宙中的恆星還要多。其中，商販可能會出售1000多萬種化合物。尋找特定分子的研究人員可能需要跟蹤專門的供應商，從其他感興趣的研究人員那裡得到供貨，或者預定合成化合物。然而，如果一個分子的生物學活動在一篇備受關注的文章中被報告，特別是如果它已經通過了臨床試驗，銷售它的商家可能會有十來家甚至更多。製藥公司有時會授權售貨商生產或分發其藥品的試劑級版本，這會帶來更加可靠的試劑，但也意味著更高的價格。

在一個臭名昭著的案例中，有近20家供應商提供一種叫作博舒替尼的已獲批癌症藥物，結果卻發現它們實際上銷售的僅是一種相關結構，其化學基團排錯了。 博舒替尼和另一種結構均連接著一組細胞信號蛋白，但其功效卻不同，因此這種混合物使數十篇文章受到質疑。

德國多特蒙德Taros合同研究組織首席執行官Dimitrios Tzalis建議，從有聲譽的供應商處購買試劑，而非為了省錢從未經來源證實的供應商那裡購貨。「價格少可能意味著代價高。」他說。 有時，文獻也會帶來困惑。當英國牛津大學生化學家Kilian Huber看到一種叫作SCR7的酶抑製劑能夠促進CRISPR-Cas9基因編輯技術之後，他決定在實驗室中進行嘗試。最終他們放棄了該實驗，因為他的研究生不能合成一種可匹配所報告結構的化合物。

懷疑非常重要，明尼蘇達大學藥物化學研究員Nick Levinson說，他在博士後期間曾花費數月研究博舒替尼如何綁定其蛋白質目標，但最終卻表示他研究的博舒替尼根本未起作用，很多其他研究該化合物的研究人員也是如此。「我在實驗室中最大的一個不同之處是，我會更加懷疑實驗結果。如果我們得到任何看起來像是錯誤的或是令人吃驚的結果，我們頭腦中冒出的第一個想法會是或許化合物不正確。」Levinson說。

不純的產品

英國倫敦癌症研究所所長Paul Workman建議，任何時候在使用一種新化學探針時，研究人員都至少應該用兩篇文章驗證其特性，或是尋找能夠分辨它的同行求助。「我們在嘗試教育生物學界更加尊重對化學知識的需求。」他說，一名好的生物學家在開展一些控制組實驗之前絕不會使用一種抗體，或是從一名同事那裡拿來一個克隆基因而不加測序就使用它。他們同樣應該在用質譜儀、核磁共振或其他方法對一個化學探針進行仔細測試之後再使用它。

即便是所提供的化學物質含有正確的化合物，用它得到的結果也未必正確。很多時候，一瓶試劑的問題是從打開瓶子後開始的。達姆施塔特Merck KgaA公司生命科學試劑部門主任Heather Holement說，反覆冷凍和解凍會讓化合物性能下降，一些化學物質在冷凍時根本不穩定。有時，溶解在有機溶液中的化學物質在加入基於水的環境中（如在細胞和蛋白質化驗中）時也會析出溶液。她建議，研究人員應該考慮到試劑批次的質量，並經常用單獨的溶劑進行控制組實驗。他們還可以通過不用細胞或蛋白質進行分析排除一切錯誤信號。

有時，一種化合物的明顯活動實際上是因為攜帶它的「交通工具」。澳大利亞墨爾本莫納什大學血液病學者Jake Shortt跟蹤了一個常見的做法，將抗癌藥物溶解在一種叫作NMP （n-甲基吡咯烷酮）的溶劑中，然後將其注射到小鼠體內，他們吃驚地發現在注射了該溶劑卻不含有任何測試化合物的控制組中居然看到了腫瘤應答。那些數據表明，NMP本身就有抗癌活性，Shortt正開始在臨床上測試它。但他表示，其他人依然將NMP當作一種所謂的惰性液體使用。

「有時，你有了正確的化合物，但它只是不純的化合物。」Workman說。他表示，資源和教育極為關鍵，但責任則要看個體科學家。「正確以及恰當地使用任何小分子化合物是每一位研究人員的責任。」當談到使用化學試劑時，Workman說，有一句簡單的格言比任何固定規則都重要：「貨物出門概不退換——購者自慎。」（晉楠編譯《中國科學報》 2017-09-13 第3版 國際)

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